How Quantum Biology Might Explain Life’s Biggest Questions | Jim Al-Khalili | TED Talks

1,056,129 views ・ 2015-09-16

TED


Пожалуйста, дважды щелкните на английские субтитры ниже, чтобы воспроизвести видео.

Переводчик: Elena Lipatova Редактор: Anna Kotova
00:13
I'd like to introduce you to an emerging area of science,
0
13190
4528
Сегодня я бы хотел поговорить
о перспективной области науки,
00:17
one that is still speculative but hugely exciting,
1
17742
3943
области спорной, но чрезвычайно интересной
00:21
and certainly one that's growing very rapidly.
2
21709
2629
и, безусловно, стремительно развивающейся.
00:25
Quantum biology asks a very simple question:
3
25448
4048
Квантовая биология пытается ответить на вопрос:
могут ли законы квантовой механики
00:29
Does quantum mechanics --
4
29520
1350
00:30
that weird and wonderful and powerful theory
5
30894
3302
этой удивительной теории
00:34
of the subatomic world of atoms and molecules
6
34220
2688
о поведении субатомных частиц, атомов и молекул,
00:36
that underpins so much of modern physics and chemistry --
7
36932
3488
лежащей в основе многих направлений современной физики и химии,
00:40
also play a role inside the living cell?
8
40444
3412
действовать также внутри живой клетки?
00:43
In other words: Are there processes, mechanisms, phenomena
9
43880
4079
Говоря иначе, происходят ли в живых организмах такие явления,
00:47
in living organisms that can only be explained
10
47983
3988
которые можно было бы объяснить
00:51
with a helping hand from quantum mechanics?
11
51995
2743
только с помощью квантовой механики?
00:55
Now, quantum biology isn't new;
12
55546
1637
Итак, квантовая биология не новое направление.
00:57
it's been around since the early 1930s.
13
57207
2401
Она возникла в начале 30-х.
00:59
But it's only in the last decade or so that careful experiments --
14
59928
3715
И лишь недавно в ходе экспериментов
01:03
in biochemistry labs, using spectroscopy --
15
63667
3464
с применением спектроскопии
было доказано, что некоторые явления объясняются с помощью квантовой механики.
01:07
have shown very clear, firm evidence that there are certain specific mechanisms
16
67155
6863
01:14
that require quantum mechanics to explain them.
17
74042
2511
01:17
Quantum biology brings together quantum physicists, biochemists,
18
77674
3329
Квантовая биология интересует квантовых физиков, биохимиков,
01:21
molecular biologists -- it's a very interdisciplinary field.
19
81027
3641
молекулярных биологов — эта область объединяет много дисциплин.
01:24
I come from quantum physics, so I'm a nuclear physicist.
20
84692
3929
Я занимаюсь квантовой физикой, я физик-ядерщик.
01:28
I've spent more than three decades
21
88645
2265
Мне потребовалось более 30 лет,
01:30
trying to get my head around quantum mechanics.
22
90934
2929
чтобы освоить принципы квантовой механики.
01:33
One of the founders of quantum mechanics, Niels Bohr,
23
93887
2493
Один из основателей квантовой механики, Нильс Бор,
01:36
said, If you're not astonished by it, then you haven't understood it.
24
96404
3350
сказал: «Если она не потрясла тебя — ты её ещё не понял».
01:40
So I sort of feel happy that I'm still astonished by it.
25
100237
2843
Так что я рад, что она до сих пор восхищает меня.
Это здорово.
01:43
That's a good thing.
26
103104
1745
01:44
But it means I study the very smallest structures in the universe --
27
104873
6885
Я исследую мельчайшие частицы во Вселенной,
01:51
the building blocks of reality.
28
111782
2075
кирпичики реального.
01:53
If we think about the scale of size,
29
113881
3215
Чтобы представить себе размеры изучаемого,
01:57
start with an everyday object like the tennis ball,
30
117120
2952
давайте возьмём, к примеру, теннисный мяч.
02:00
and just go down orders of magnitude in size --
31
120096
2901
Затем представим предметы меньшего размера:
02:03
from the eye of a needle down to a cell, down to a bacterium, down to an enzyme --
32
123021
5197
игольное ушко, клетку, бактерию, фермент, —
02:08
you eventually reach the nano-world.
33
128242
1729
это и будет мир размера «нано».
02:09
Now, nanotechnology may be a term you've heard of.
34
129995
2495
Вероятно, слово «нанотехнологии» вам о чём-нибудь говорит.
02:12
A nanometer is a billionth of a meter.
35
132841
2853
Нанометр — миллиардная часть метра.
02:16
My area is the atomic nucleus, which is the tiny dot inside an atom.
36
136560
4370
Моя область исследований — ядро, крохотная точка внутри атома.
02:20
It's even smaller in scale.
37
140954
1932
Оно ещё меньшего размера.
02:22
This is the domain of quantum mechanics,
38
142910
1918
Таков предмет изучения квантовой механики,
02:24
and physicists and chemists have had a long time
39
144852
2516
физики и химики давно пытаются
02:27
to try and get used to it.
40
147392
1301
привыкнуть к этому.
02:29
Biologists, on the other hand, have got off lightly, in my view.
41
149248
4457
Биологам, по-моему, ещё повезло.
02:34
They are very happy with their balls-and-sticks models of molecules.
42
154071
4331
Они не нарадуются на палочки-шарики пластиковых моделей молекул.
02:38
(Laughter)
43
158426
1082
(Смех)
02:39
The balls are the atoms, the sticks are the bonds between the atoms.
44
159532
3198
Шар представляет собой атом, а палочка — связь между атомами.
02:42
And when they can't build them physically in the lab,
45
162754
2494
И если они не могут построить модель в лаборатории,
то сегодня в их распоряжении мощные компьютеры
02:45
nowadays, they have very powerful computers
46
165272
2392
02:47
that will simulate a huge molecule.
47
167688
1967
для создания модели молекул.
02:49
This is a protein made up of 100,000 atoms.
48
169679
3664
Вы видите модель белка, состоящего из 100 000 атомов.
02:54
It doesn't really require much in the way of quantum mechanics to explain it.
49
174003
4335
Чтобы объяснить его свойства, не требуются уравнения квантовой теории.
02:59
Quantum mechanics was developed in the 1920s.
50
179695
2889
Квантовая механика зародилась в 1920-х.
03:02
It is a set of beautiful and powerful mathematical rules and ideas
51
182965
6880
Это теория точных и ёмких математических уравнений,
03:09
that explain the world of the very small.
52
189869
2608
которые описывают явления микромира.
03:12
And it's a world that's very different from our everyday world,
53
192501
3372
И этот мир не похож на нашу обыденную реальность,
03:15
made up of trillions of atoms.
54
195897
1519
состоящую из триллионов атомов.
03:17
It's a world built on probability and chance.
55
197440
3557
Это мир, балансирующий между возможностью и вероятностью.
03:21
It's a fuzzy world.
56
201818
1302
Мир неопределённости.
03:23
It's a world of phantoms,
57
203144
1730
Это мир фантомов,
03:24
where particles can also behave like spread-out waves.
58
204898
3348
где частицы могут вести себя, как волны.
03:30
If we imagine quantum mechanics or quantum physics, then,
59
210157
2862
Если учесть, что квантовая механика, или квантовая физика,
03:33
as the fundamental foundation of reality itself,
60
213043
5214
объясняет основополагающие явления реальности вообще,
03:38
then it's not surprising that we say
61
218281
1730
логично предположить,
что квантовая физика объясняет явления органической химии.
03:40
quantum physics underpins organic chemistry.
62
220035
2420
03:42
After all, it gives us the rules that tell us
63
222479
2120
Ведь она объясняет,
03:44
how the atoms fit together to make organic molecules.
64
224623
2641
как атомы образуют органические молекулы.
03:47
Organic chemistry, scaled up in complexity,
65
227288
3239
Органическая химия, в свою очередь,
03:50
gives us molecular biology, which of course leads to life itself.
66
230551
3322
связана с молекулярной биологией, а она — с живыми организмами.
03:54
So in a way, it's sort of not surprising.
67
234174
1977
Так что в каком-то смысле это неудивительно.
03:56
It's almost trivial.
68
236175
1214
Почти обыденно.
03:57
You say, "Well, of course life ultimately must depend of quantum mechanics."
69
237413
4220
Вы скажете: «Конечно, жизнь должна объясняться законами квантовой механики».
04:02
But so does everything else.
70
242141
2390
Но не только живая материя, также всё остальное,
04:04
So does all inanimate matter, made up of trillions of atoms.
71
244555
3615
например, неорганическое вещество, состоящее из триллионов атомов.
04:08
Ultimately, there's a quantum level
72
248501
4878
В итоге на квантовом уровне
04:13
where we have to delve into this weirdness.
73
253403
2183
нам придётся иметь дело с этой странной теорией.
04:15
But in everyday life, we can forget about it.
74
255610
2416
А в обыденной жизни мы можем о ней забыть.
04:18
Because once you put together trillions of atoms,
75
258404
3199
Потому что стоит собрать воедино триллионы атомов,
04:21
that quantum weirdness just dissolves away.
76
261627
2615
как вся загадка исчезает.
04:27
Quantum biology isn't about this.
77
267288
2569
Но квантовая биология не об этом.
04:29
Quantum biology isn't this obvious.
78
269881
2556
Квантовая биология не так проста.
04:32
Of course quantum mechanics underpins life at some molecular level.
79
272461
4229
Квантовая механика описывает свойства живых организмов на молекулярном уровне.
04:37
Quantum biology is about looking for the non-trivial --
80
277254
6004
Квантовая биология рассматривает странные
04:43
the counterintuitive ideas in quantum mechanics --
81
283282
4476
и противоречащие логике идеи квантовой механики
04:47
and to see if they do, indeed, play an important role
82
287782
3015
и пытается понять, действительно ли они применимы
04:50
in describing the processes of life.
83
290821
2452
к описанию процессов, происходящих внутри живой клетки.
04:54
Here is my perfect example of the counterintuitiveness
84
294653
5220
Перед вами идеальный пример такого парадокса
04:59
of the quantum world.
85
299897
1446
квантового мира.
05:01
This is the quantum skier.
86
301367
1251
Квантовый лыжник.
05:02
He seems to be intact, he seems to be perfectly healthy,
87
302642
2640
Кажется, что он цел и невредим,
05:05
and yet, he seems to have gone around both sides of that tree at the same time.
88
305306
4127
и тем не менее он умудрился одновременно проехать по обе стороны дерева.
05:09
Well, if you saw tracks like that
89
309457
1663
«Такие следы на снегу, должно быть,
05:11
you'd guess it was some sort of stunt, of course.
90
311144
2309
какой-то трюк», — подумаете вы.
05:13
But in the quantum world, this happens all the time.
91
313477
2591
Но в мире квантов это обычное дело.
05:16
Particles can multitask, they can be in two places at once.
92
316864
3026
Частицы могут быть в двух местах одновременно.
05:19
They can do more than one thing at the same time.
93
319914
2328
Они способны выполнять сразу несколько задач.
05:22
Particles can behave like spread-out waves.
94
322266
2643
Частицы иногда демонстрируют свойства хаотичных волн.
05:25
It's almost like magic.
95
325298
1599
Это почти волшебство.
05:27
Physicists and chemists have had nearly a century
96
327538
2749
Вот уже почти столетие физики и химики
05:30
of trying to get used to this weirdness.
97
330311
2646
пытаются освоиться с этим загадочным миром.
05:33
I don't blame the biologists
98
333445
1350
Биологи не виноваты в том,
05:34
for not having to or wanting to learn quantum mechanics.
99
334819
2635
что они не хотели или не хотят изучать квантовую механику.
05:37
You see, this weirdness is very delicate;
100
337478
3198
Её принципы крайне сложно наблюдать.
05:40
and we physicists work very hard to maintain it in our labs.
101
340700
4450
И мы, физики, стараемся изо всех сил, чтобы воссоздать нужные условия.
05:45
We cool our system down to near absolute zero,
102
345174
4204
Мы охлаждаем наши системы почти до абсолютного нуля,
05:49
we carry out our experiments in vacuums,
103
349402
1945
проводим эксперименты в вакууме,
05:51
we try and isolate it from any external disturbance.
104
351371
3527
пытаемся изолировать их от любого внешнего воздействия,
05:55
That's very different from the warm, messy, noisy environment of a living cell.
105
355602
5078
что совсем не похоже на тёплую, хаотичную среду живой клетки.
06:01
Biology itself, if you think of molecular biology,
106
361960
2787
Кажется, что биология как таковая, молекулярная биология,
06:04
seems to have done very well in describing all the processes of life
107
364771
3457
стройно описывает процессы, происходящие внутри живой клетки
06:08
in terms of chemistry -- chemical reactions.
108
368252
2486
в терминах химии — химическими реакциями.
06:10
And these are reductionist, deterministic chemical reactions,
109
370762
4850
И это упрощённые химические реакции,
06:15
showing that, essentially, life is made of the same stuff as everything else,
110
375636
5114
доказывающие, что живые клетки созданы из того же материала, что и всё остальное.
06:20
and if we can forget about quantum mechanics in the macro world,
111
380774
3060
Если мы можем не учитывать квантовую теорию в макромире,
06:23
then we should be able to forget about it in biology, as well.
112
383858
3246
то можно забыть про неё и в биологии.
06:27
Well, one man begged to differ with this idea.
113
387706
3364
Один человек не согласился с этой идеей.
06:32
Erwin Schrödinger, of Schrödinger's Cat fame,
114
392062
3469
Эрвин Шрёдингер, известный своим котом Шрёдингера, —
06:35
was an Austrian physicist.
115
395555
1317
австрийский физик.
06:36
He was one of the founders of quantum mechanics in the 1920s.
116
396896
3183
В 1920-х он стал одним из основателей квантовой механики.
06:40
In 1944, he wrote a book called "What is Life?"
117
400663
2707
В 1944-м он написал книгу под названием «Что такое жизнь?».
06:43
It was tremendously influential.
118
403839
1731
Эта работа стала настоящим прорывом.
06:45
It influenced Francis Crick and James Watson,
119
405594
2881
Она повлияла на Фрэнсиса Крика и Джеймса Уотсона,
открывших структуру двойной спирали ДНК.
06:48
the discoverers of the double-helix structure of DNA.
120
408499
2523
06:51
To paraphrase a description in the book, he says:
121
411343
3668
В своей книге он пишет:
06:55
At the molecular level, living organisms have a certain order,
122
415035
5786
«На молекулярном уровне в живых организмах есть определённый порядок,
07:00
a structure to them that's very different
123
420845
3232
строй, присущий только им и отличающийся
07:04
from the random thermodynamic jostling of atoms and molecules
124
424101
4736
от термодинамического хаоса атомов и молекул
07:08
in inanimate matter of the same complexity.
125
428861
3706
в неживой материи такой же сложности.
07:13
In fact, living matter seems to behave in this order, in a structure,
126
433504
5014
Похоже, что живая материя обнаруживает тот же порядок, структуру,
07:18
just like inanimate matter cooled down to near absolute zero,
127
438542
3834
что и неживая, но охлаждённая до абсолютного нуля,
07:22
where quantum effects play a very important role.
128
442400
3033
где большую роль играют квантовые эффекты.
07:26
There's something special about the structure -- the order --
129
446280
4160
Есть что-то необычное в структуре, в порядке
07:30
inside a living cell.
130
450464
1560
внутри живой клетки».
07:32
So, Schrödinger speculated that maybe quantum mechanics plays a role in life.
131
452048
5293
Шрёдингер предположил, что квантовая механика распространяется
и на живую материю.
07:38
It's a very speculative, far-reaching idea,
132
458096
3425
Это спорная, многообещающая гипотеза,
07:41
and it didn't really go very far.
133
461545
2873
не оправдавшая, как оказалось, возложенных надежд.
07:45
But as I mentioned at the start,
134
465536
1533
Но, как я уже говорил в начале,
07:47
in the last 10 years, there have been experiments emerging,
135
467093
2799
последние десять лет проводились эксперименты,
07:49
showing where some of these certain phenomena in biology
136
469916
4055
подтверждающие, что некоторые биологические процессы
07:53
do seem to require quantum mechanics.
137
473995
1763
объясняются квантовой теорией.
07:55
I want to share with you just a few of the exciting ones.
138
475782
3123
Мне бы хотелось поделиться некоторыми из этих удивительных идей.
08:00
This is one of the best-known phenomena in the quantum world,
139
480215
3707
Это одно из самых известных явлений квантового мира —
08:03
quantum tunneling.
140
483946
1701
туннельный эффект.
08:05
The box on the left shows the wavelike, spread-out distribution
141
485671
4389
В левой части камеры находится волнообразное, рассеянное распределение
08:10
of a quantum entity -- a particle, like an electron,
142
490084
2761
пучка квантов — частицы, например, электрона,
08:12
which is not a little ball bouncing off a wall.
143
492869
3637
и она отличается от мячика, отскакивающего от стены.
08:16
It's a wave that has a certain probability of being able to permeate
144
496530
4739
Это волна, с определённой вероятностью проходящая
08:21
through a solid wall, like a phantom leaping through to the other side.
145
501293
3406
сквозь сплошную преграду, словно фантом, перескакивающий на другую сторону.
08:24
You can see a faint smudge of light in the right-hand box.
146
504723
4098
Вы можете наблюдать бледное пятно света в правой части камеры.
08:29
Quantum tunneling suggests that a particle can hit an impenetrable barrier,
147
509773
4612
Туннелирование — это когда микрочастица отскакивает от непроницаемого барьера,
08:34
and yet somehow, as though by magic,
148
514409
2460
и при этом, как по волшебству,
08:36
disappear from one side and reappear on the other.
149
516893
2444
исчезает с одной стороны и появляется с другой.
08:39
The nicest way of explaining it is if you want to throw a ball over a wall,
150
519658
4251
Лучше всего объяснить этот эффект так: если вы хотите
перебросить мяч через стену,
08:43
you have to give it enough energy to get over the top of the wall.
151
523933
3577
вы должны дать мячу достаточно энергии, чтобы он мог перелететь через неё.
08:47
In the quantum world, you don't have to throw it over the wall,
152
527534
3058
В квантовом мире необязательно перекидывать мяч через стену,
08:50
you can throw it at the wall, and there's a certain non-zero probability
153
530616
3407
можно кинуть его в стену, и с какой-то вероятностью, не равной нулю,
08:54
that it'll disappear on your side, and reappear on the other.
154
534047
3323
он исчезнет с одной стороны и появится с другой.
08:57
This isn't speculation, by the way.
155
537394
1678
И, кстати, это вовсе не гипотеза.
08:59
We're happy -- well, "happy" is not the right word --
156
539096
3396
Мы с удовольствием — слово «удовольствие» тут не очень подходит —
09:02
(Laughter)
157
542516
2045
(Смех)
09:04
we are familiar with this.
158
544585
1618
мы хорошо изучили это явление.
09:06
(Laughter)
159
546227
2745
(Смех)
09:08
Quantum tunneling takes place all the time;
160
548996
2294
Тунннельный эффект происходит сплошь и рядом.
09:11
in fact, it's the reason our Sun shines.
161
551314
2667
Без него у нас бы не было солнечного света.
09:14
The particles fuse together,
162
554655
1509
Частицы соединяются,
09:16
and the Sun turns hydrogen into helium through quantum tunneling.
163
556188
3698
и Солнце с помощью туннельного эффекта превращает водород в гелий.
09:21
Back in the 70s and 80s, it was discovered that quantum tunneling also takes place
164
561464
5220
В 70-х–80-х мы поняли, что квантовое туннелирование происходит
09:26
inside living cells.
165
566708
1192
также и в живых клетках.
09:28
Enzymes, those workhorses of life, the catalysts of chemical reactions --
166
568290
6266
Ферменты, «рабочие лошадки» живых систем, катализаторы химических реакций,
09:34
enzymes are biomolecules that speed up chemical reactions in living cells,
167
574580
4166
ферменты — биомолекулы, ускоряющие химические реакции в живых клетках
09:38
by many, many orders of magnitude.
168
578770
1703
во много-много раз.
09:40
And it's always been a mystery how they do this.
169
580497
2784
Но как они это делают, всегда оставалось загадкой.
09:43
Well, it was discovered
170
583650
1189
Итак, удалось обнаружить,
09:44
that one of the tricks that enzymes have evolved to make use of,
171
584863
4852
что один из приёмов, который используют ферменты, —
09:49
is by transferring subatomic particles, like electrons and indeed protons,
172
589739
5228
перемещение субатомных частиц, таких, как электроны и протоны,
09:54
from one part of a molecule to another via quantum tunneling.
173
594991
4661
из одной части молекулы в другую посредством квантового туннелирования.
10:00
It's efficient, it's fast, it can disappear --
174
600333
2851
Это эффективно, быстро, он может исчезнуть,
10:03
a proton can disappear from one place, and reappear on the other.
175
603208
3111
протон может исчезнуть из одного места и появиться в другом.
10:06
Enzymes help this take place.
176
606343
1629
Ферменты способствуют этому.
10:08
This is research that's been carried out back in the 80s,
177
608548
2683
Это выводы научной работы, проведённой в 80-х годах
10:11
particularly by a group in Berkeley, Judith Klinman.
178
611255
4037
исследовательской группой в Беркли под руководством Джудит Клинман.
10:15
Other groups in the UK have now also confirmed
179
615316
2205
Британские учёные сегодня также подтверждают
10:17
that enzymes really do this.
180
617545
1411
выявленные факты о ферментах.
10:21
Research carried out by my group --
181
621048
2549
Исследование, проведённое моей группой, —
10:23
so as I mentioned, I'm a nuclear physicist,
182
623621
2434
как я уже говорил, я физик-ядерщик,
10:26
but I've realized I've got these tools of using quantum mechanics
183
626079
3055
и я понял, что могу использовать принципы квантовой механики
10:29
in atomic nuclei, and so can apply those tools in other areas as well.
184
629158
5085
и в других областях науки.
10:35
One question we asked
185
635404
1810
Мы хотели, например, понять,
10:37
is whether quantum tunneling plays a role in mutations in DNA.
186
637238
4298
имеет ли место туннельный эффект в мутациях ДНК.
10:41
Again, this is not a new idea; it goes all the way back to the early 60s.
187
641843
3660
Опять же, идея не новая: впервые она прозвучала ещё в 60-х.
10:45
The two strands of DNA, the double-helix structure,
188
645527
2961
Две нити ДНК, структура двойной спирали,
10:48
are held together by rungs; it's like a twisted ladder.
189
648512
2823
связаны вместе ступеньками, словно винтовая лестница.
10:51
And those rungs of the ladder are hydrogen bonds --
190
651359
3507
И ступеньки этой лестницы — водородные связи,
10:54
protons, that act as the glue between the two strands.
191
654890
3790
протоны, как клей, скрепляющие нити ДНК.
10:58
So if you zoom in, what they're doing is holding these large molecules --
192
658704
4750
Так что если увеличить изображение, окажется, что они связывают
эти большие молекулы, нуклеотиды, вместе.
11:03
nucleotides -- together.
193
663478
1607
11:06
Zoom in a bit more.
194
666130
1150
Увеличим ещё немного.
11:07
So, this a computer simulation.
195
667304
1916
Это компьютерная модель.
11:09
The two white balls in the middle are protons,
196
669855
3542
Два белых шарика в середине — протоны,
11:13
and you can see that it's a double hydrogen bond.
197
673421
2299
это двойная водородная связь.
11:15
One prefers to sit on one side; the other, on the other side
198
675744
3314
Один предпочитает находиться с одной стороны, второй —
11:19
of the two strands of the vertical lines going down, which you can't see.
199
679082
4558
по другую сторону двух вертикальных нитей, уходящих вниз, на модели этого не видно.
11:24
It can happen that these two protons can hop over.
200
684410
3395
Бывает, что два протона меняются местами.
11:27
Watch the two white balls.
201
687829
1436
Следите за белыми шариками.
11:29
They can jump over to the other side.
202
689748
1998
Они могут перескочить на другую сторону.
11:32
If the two strands of DNA then separate, leading to the process of replication,
203
692239
5646
Если две нити ДНК затем разделяются, что приводит к репликации,
11:37
and the two protons are in the wrong positions,
204
697909
3199
и два протона находятся не на своих местах,
11:41
this can lead to a mutation.
205
701132
1763
может случиться мутация.
11:43
This has been known for half a century.
206
703204
1872
Мы знаем об этом уже полвека.
11:45
The question is: How likely are they to do that,
207
705100
2343
Вопрос вот в чём: какова вероятность,
11:47
and if they do, how do they do it?
208
707467
2378
что они поменяются, и если да — то каким образом?
11:49
Do they jump across, like the ball going over the wall?
209
709869
3019
Они перескакивают, как мяч через стену?
11:52
Or can they quantum-tunnel across, even if they don't have enough energy?
210
712912
3502
Или используют туннельный эффект, даже если у них недостаточно энергии?
11:57
Early indications suggest that quantum tunneling can play a role here.
211
717089
4252
Первые исследования предполагают, что здесь имеет место туннельный эффект.
12:01
We still don't know yet how important it is;
212
721365
2124
Мы не знаем, насколько важную роль он играет;
12:03
this is still an open question.
213
723513
1792
пока этот вопрос остаётся без ответа.
12:06
It's speculative,
214
726199
1150
Это лишь гипотеза,
12:07
but it's one of those questions that is so important
215
727373
2643
но это один из тех особенно важных моментов,
12:10
that if quantum mechanics plays a role in mutations,
216
730040
2446
ведь если квантовая механика причастна к мутациям,
12:12
surely this must have big implications,
217
732510
2299
разумеется, это значительным образом повлияет
12:14
to understand certain types of mutations,
218
734833
2694
на наше понимание отдельных видов мутаций,
12:17
possibly even those that lead to turning a cell cancerous.
219
737551
3756
возможно, даже мутаций, которые делают клетку раковой.
12:22
Another example of quantum mechanics in biology is quantum coherence,
220
742803
5299
Ещё один пример квантовой механики в биологии — квантовая когерентность,
12:28
in one of the most important processes in biology,
221
748126
2353
сопутствующая важнейшему процессу в биологии —
12:30
photosynthesis: plants and bacteria taking sunlight,
222
750503
3941
фотосинтезу: растения и бактерии поглощают свет
12:34
and using that energy to create biomass.
223
754468
2954
и используют его энергию, чтобы производить биомассу.
12:38
Quantum coherence is the idea of quantum entities multitasking.
224
758215
4152
При квантовой когерентности пучки квантов выполняют сразу несколько задач.
12:42
It's the quantum skier.
225
762912
1604
Например, как квантовый лыжник.
12:44
It's an object that behaves like a wave,
226
764540
2952
Объект ведёт себя как волна,
12:47
so that it doesn't just move in one direction or the other,
227
767516
2902
так что он не просто движется в том или ином направлении,
12:50
but can follow multiple pathways at the same time.
228
770442
3320
а может одновременно передвигаться несколькими траекториями.
12:54
Some years ago, the world of science was shocked
229
774708
3916
Пару лет назад научное сообщество было поражено работой,
12:58
when a paper was published showing experimental evidence
230
778648
3584
которая предоставляла экспериментальные доказательства того,
13:02
that quantum coherence takes place inside bacteria,
231
782256
3776
что квантовая когерентность происходит внутри бактерии
и так сопутствует процессу фотосинтеза.
13:06
carrying out photosynthesis.
232
786056
1686
13:07
The idea is that the photon, the particle of light, the sunlight,
233
787766
3064
Суть в том, что фотон, частица света, солнечного света,
13:10
the quantum of light captured by a chlorophyll molecule,
234
790854
3344
квант света, захваченный хлорофилльной молекулой,
13:14
is then delivered to what's called the reaction center,
235
794222
2591
затем переносится в так называемый «реакционный центр»,
13:16
where it can be turned into chemical energy.
236
796837
2064
где он преобразуется в химическую энергию.
13:18
And in getting there, it doesn't just follow one route;
237
798925
2648
На пути в этот центр он следует не по одному маршруту,
13:21
it follows multiple pathways at once,
238
801597
2215
а сразу по нескольким,
13:23
to optimize the most efficient way of reaching the reaction center
239
803836
4337
чтобы максимально быстро достигнуть реакционного центра,
не растратив при этом избыточное тепло.
13:28
without dissipating as waste heat.
240
808197
1721
13:31
Quantum coherence taking place inside a living cell.
241
811228
3309
Квантовая когерентность может происходить внутри живой клетки.
13:34
A remarkable idea,
242
814561
2120
Удивительная идея,
13:36
and yet evidence is growing almost weekly, with new papers coming out,
243
816705
6235
и доказательства этой гипотезы публикуются почти еженедельно
13:42
confirming that this does indeed take place.
244
822964
2212
и подтверждают, что наши догадки верны.
13:45
My third and final example is the most beautiful, wonderful idea.
245
825555
4739
Третий и последний пример — идея прекрасная и изумительная.
13:50
It's also still very speculative, but I have to share it with you.
246
830318
4063
Тоже пока на уровне домысла, но мне бы хотелось поделиться ей с вами.
13:54
The European robin migrates from Scandinavia
247
834405
4612
Зарянки каждую осень мигрируют
из Скандинавии в Средиземноморье,
13:59
down to the Mediterranean, every autumn,
248
839041
2635
14:01
and like a lot of other marine animals and even insects,
249
841700
3373
и, как и многие морские животные и даже насекомые,
14:05
they navigate by sensing the Earth's magnetic field.
250
845097
4300
они ориентируются в пространстве по магнитному полю Земли.
14:10
Now, the Earth's magnetic field is very, very weak;
251
850968
2427
Однако магнитное поле Земли очень-очень слабое,
14:13
it's 100 times weaker than a fridge magnet,
252
853419
2080
в 100 раз слабее, чем у магнита на холодильнике,
14:15
and yet it affects the chemistry -- somehow -- within a living organism.
253
855523
5601
но оно неким образом влияет на химические процессы в живом организме.
14:21
That's not in doubt -- a German couple of ornithologists,
254
861932
3806
Это факт — в 1970-х немецкие орнитологи,
14:25
Wolfgang and Roswitha Wiltschko, in the 1970s, confirmed that indeed,
255
865762
4260
супруги Вольфганг и Росвита Вилчко, подтвердили,
14:30
the robin does find its way by somehow sensing the Earth's magnetic field,
256
870046
3977
что зарянка действительно ориентируется в пространстве по магнитному полю Земли,
14:34
to give it directional information -- a built-in compass.
257
874047
3327
как будто у неё есть встроенный компас.
14:37
The puzzle, the mystery was: How does it do it?
258
877398
2249
Загадка вот в чём: как она это делает!
14:40
Well, the only theory in town --
259
880351
3030
Единственная имеющаяся у нас теория —
14:43
we don't know if it's the correct theory, but the only theory in town --
260
883405
3436
мы не знаем, верна ли она, но других у нас нет —
14:46
is that it does it via something called quantum entanglement.
261
886865
2984
что это связано с таким явлением, как квантовая запутанность.
14:50
Inside the robin's retina --
262
890567
2374
В сетчатке зарянок —
14:52
I kid you not -- inside the robin's retina is a protein called cryptochrome,
263
892965
4232
я не шучу — в сетчатке зарянок есть криптохром,
14:57
which is light-sensitive.
264
897221
1380
светочувствительный белок.
14:58
Within cryptochrome, a pair of electrons are quantum-entangled.
265
898625
3939
Внутри криптохрома пара электронов квантово запутаны.
15:02
Now, quantum entanglement is when two particles are far apart,
266
902588
3232
При квантовой запутанности две частицы находятся далеко друг от друга,
15:05
and yet somehow remain in contact with each other.
267
905844
2834
и тем не менее они взаимозависимы.
15:08
Even Einstein hated this idea;
268
908991
1446
Даже Эйнштейну это явление не нравилось.
15:10
he called it "spooky action at a distance."
269
910461
2039
Он называл его «жутким дальнодействием».
15:12
(Laughter)
270
912524
1881
(Смех)
15:14
So if Einstein doesn't like it, then we can all be uncomfortable with it.
271
914429
3443
Уж если Эйнштейну оно не нравилось, то нам тем более может не нравиться.
15:17
Two quantum-entangled electrons within a single molecule
272
917896
2853
Два квантово запутанных электрона внутри одной молекулы
15:20
dance a delicate dance
273
920773
1471
танцуют изящный танец
15:22
that is very sensitive to the direction the bird flies
274
922268
2541
в зависимости от того, в какую сторону летит птица
15:24
in the Earth's magnetic field.
275
924833
1531
относительно магнитного поля Земли.
15:26
We don't know if it's the correct explanation,
276
926848
2610
Мы не знаем, верно ли это предположение,
15:29
but wow, wouldn't it be exciting if quantum mechanics helps birds navigate?
277
929482
4544
но разве не здорово, если окажется, что птицы действительно находят дорогу
с помощью квантовой механики.
15:35
Quantum biology is still in it infancy.
278
935069
2721
Квантовая биология пока только начинает развиваться.
15:37
It's still speculative.
279
937814
3484
Пока что всё на уровне гипотез.
15:41
But I believe it's built on solid science.
280
941742
3849
Но я уверен, что они построены на бесспорных научных фактах.
15:45
I also think that in the coming decade or so,
281
945917
3809
Я также полагаю, что в ближайшее десятилетие
15:49
we're going to start to see that actually, it pervades life --
282
949750
4841
мы поймём, что квантовые явления повсеместно встречаются в живой материи,
15:54
that life has evolved tricks that utilize the quantum world.
283
954615
4596
что в живых организмах происходят квантовые явления.
16:00
Watch this space.
284
960026
1428
Следите за ними.
16:01
Thank you.
285
961478
1157
Спасибо.
16:02
(Applause)
286
962659
2202
(Аплодисменты)
Об этом сайте

Этот сайт познакомит вас с видеороликами YouTube, полезными для изучения английского языка. Вы увидите уроки английского языка, преподаваемые высококлассными учителями со всего мира. Дважды щелкните по английским субтитрам, отображаемым на каждой странице видео, чтобы воспроизвести видео оттуда. Субтитры прокручиваются синхронно с воспроизведением видео. Если у вас есть какие-либо комментарии или пожелания, пожалуйста, свяжитесь с нами, используя эту контактную форму.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7